Electricidad, magnetismo, oscilaciones, sonido y óptica
32 tarjetas de física universitaria introductoria sobre electrostática, circuitos, fuerzas magnéticas, movimiento armónico, sonido y óptica geométrica y ondulatoria. Requiere conocimientos de álgebra, trigonometría, vectores y cálculo básico.
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Flashcards (32)
| # | Front (Term / Question) | Back (Definition / Answer) | Example | Multiple-Choice Options |
|---|---|---|---|---|
| 1 | ¿Cómo se combinan capacitancias ideales en serie y en paralelo? | En paralelo: C_eq = ΣC_i, con la misma tensión en cada condensador. En serie: 1/C_eq = Σ(1/C_i). En la cadena en serie habitual, inicialmente descargada, los condensadores adquieren cargas de igual módulo y sus diferencias de potencial se suman. | ||
| 2 | ¿Qué tipo de onda es el sonido en un fluido y qué determina su rapidez? | Para pequeñas perturbaciones adiabáticas en un fluido, el sonido es una onda longitudinal de presión y densidad con rapidez v = √(B_s/ρ), donde B_s es el módulo volumétrico isentrópico y ρ la densidad de equilibrio. Requiere un medio material. Los sólidos también pueden sostener ondas de cizalladura, por lo que esta fórmula no es universal para ellos. | ||
| 3 | ¿Por qué el campo electrostático es perpendicular a una superficie equipotencial donde E ≠ 0? | Sobre la superficie, dV = −E·dl = 0 para cualquier desplazamiento tangente dl. Por tanto, el campo no tiene componente tangencial y es normal a la superficie. Donde E = 0, el campo no tiene una dirección definida. | ||
| 4 | ¿Cómo se reparte la energía en un oscilador masa–resorte ideal sin fuerza impulsora ni amortiguamiento? | Tomando cero de energía potencial en el equilibrio, E = ½mv² + ½kx² = ½kA² permanece constante. En x = ±A, la rapidez es cero y la energía es potencial. En x = 0, la energía potencial es cero y la cinética es máxima. | ||
| 5 | ¿Cómo se define el campo eléctrico y cómo se orientan las líneas de una carga puntual? | E = F/q0 es la fuerza por unidad de carga de prueba positiva y pequeña, en N/C o V/m; E y F son vectores. Las líneas salen de una carga puntual positiva y entran en una negativa. Una menor separación entre líneas representa un campo más intenso. | ||
| 6 | ¿Qué implica la ley de Gauss para un conductor y una cavidad cerrada vacía en equilibrio electrostático? | En una superficie cerrada, ∮E·dA = Q_enclosed/ε0. El campo dentro del material conductor es cero en equilibrio electrostático, pues un campo no nulo movería las cargas libres. Una cavidad cerrada vacía en un conductor equipotencial también está libre de campo. Una carga encerrada nula solo implica flujo neto nulo, no necesariamente campo nulo. | ||
| 7 | ¿Cuál es el período de un péndulo simple para ángulos pequeños? | Para una masa puntual suspendida de un soporte inextensible y sin masa de longitud L, en gravedad uniforme g, T ≈ 2π√(L/g). Se usa sinθ ≈ θ con θ en radianes. El período no depende de la masa y solo es aproximadamente independiente de la amplitud para ángulos pequeños. | ||
| 8 | ¿Qué significan el signo y el módulo del aumento lateral de una lente? | Con la convención de lente delgada «lo real es positivo», m = h_i/h_o = −d_i/d_o. Si m es positivo, la imagen es derecha respecto al objeto; si es negativo, invertida. |m| > 1 significa ampliación y |m| < 1 reducción. El carácter real o virtual depende de la convergencia de los rayos y del signo de d_i, no solo de m. | ||
| 9 | ¿Cómo difieren los modos de tubos ideales abierto–abierto y abierto–cerrado? | Despreciando las correcciones de extremo, un extremo abierto es un vientre de desplazamiento y un nodo de presión; en uno cerrado ocurre lo contrario. Abierto–abierto: f_n = nv/(2L), n = 1, 2, 3, …. Abierto–cerrado: f_m = mv/(4L), m = 1, 3, 5, …. L es la longitud y v la rapidez del sonido. | ||
| 10 | ¿Qué fuerza actúa sobre un cable recto con corriente en un campo magnético uniforme? | Fuerza vectorial: F = I(L × B), donde L apunta en el sentido de la corriente convencional y su módulo es la longitud del cable. El módulo de la fuerza es |F| = ILB sinθ, con I como magnitud de la corriente y θ como ángulo entre L y B. | ||
| 11 | ¿Qué causa las pulsaciones acústicas y cuál es su frecuencia? | Dos ondas sonoras de frecuencias próximas interfieren y producen cambios periódicos de amplitud y sonoridad. La frecuencia de pulsación es f_beat = |f1 − f2|. Al acercarse las frecuencias, las pulsaciones se hacen más lentas; con frecuencias iguales desaparecen. | ||
| 12 | ¿Cómo afecta el amortiguamiento a la resonancia de desplazamiento de un oscilador forzado? | Para ẍ + 2βẋ + ω0²x = (F0/m)cos(ωt), con F0 fija y amortiguamiento positivo β, la amplitud estacionaria del desplazamiento alcanza un máximo en ω = √(ω0² − 2β²) si 0 < β < ω0/√2. Este valor se aproxima a ω0 con amortiguamiento débil. Un amortiguamiento mayor elimina ese pico a frecuencia positiva; la máxima potencia absorbida es otro criterio. | ||
| 13 | ¿Cuándo ocurre la reflexión interna total y cuál es el ángulo crítico? | En una interfaz ideal entre medios transparentes con n1 > n2, la luz incidente desde el medio 1 sufre reflexión interna total si θ > θ_c, donde sinθ_c = n2/n1 y los ángulos se miden desde la normal. No hay un rayo refractado propagante, aunque un campo evanescente penetra en el medio 2. | ||
| 14 | ¿Qué ecuación y solución definen el movimiento armónico simple sin amortiguamiento? | Si x es el desplazamiento desde el equilibrio y la frecuencia angular ω > 0 es constante, ẍ + ω²x = 0. La solución real es x(t) = A cos(ωt + φ), con amplitud A y fase φ. La aceleración es a = −ω²x, dirigida hacia el equilibrio. | ||
| 15 | ¿Cuáles son la ley de Ohm y la fórmula de resistencia de un conductor uniforme? | Para un conductor óhmico en condiciones físicas fijas, V = IR. Si tiene longitud L, área transversal uniforme A y resistividad uniforme ρ, R = ρL/A. La resistencia se mide en Ω y la resistividad en Ω·m; la temperatura puede modificar ρ y R. | ||
| 16 | ¿Cuáles son las condiciones ideales de interferencia de doble rendija? | Con iluminación igual, coherente y en fase de dos rendijas estrechas, con la misma polarización, las franjas brillantes cumplen d sinθ = mλ y las oscuras d sinθ = (m + ½)λ, con m entero. d es la separación de rendijas y λ la longitud de onda. Para una pantalla lejana a distancia L y ángulos pequeños, la separación entre franjas brillantes vecinas es Δy ≈ λL/d. | ||
| 17 | ¿Cómo se expresa el nivel de intensidad sonora en decibelios? | β = 10 log10(I/I0) dB, con intensidad I en W/m² y referencia convencional I0 = 10⁻¹² W/m². Un aumento de 10 dB multiplica la intensidad por diez; 20 dB, por cien. Estas razones no determinan directamente la sonoridad percibida. | ||
| 18 | ¿Qué par actúa sobre una bobina plana en un campo magnético uniforme? | Para N espiras idénticas de área A con corriente I, el momento magnético vectorial es μ = NIA n, donde n es la normal unitaria dada por la regla de la mano derecha. Par vectorial: τ = μ × B. Su módulo es |τ| = NIAB sinθ, donde θ es el ángulo entre μ y B. | ||
| 19 | ¿Cómo se combinan resistencias ideales positivas en serie y en paralelo? | En serie: R_eq = ΣR_i, con la misma corriente en cada resistencia. En paralelo: 1/R_eq = Σ(1/R_i), con la misma tensión en cada rama. Con al menos dos resistencias finitas y positivas en paralelo, R_eq es menor que la menor resistencia individual. | ||
| 20 | ¿Cuál es la ecuación de una lente delgada con la convención «lo real es positivo»? | En el modelo paraxial de lente delgada, con el mismo medio a ambos lados, 1/f = 1/d_o + 1/d_i. Un objeto real tiene d_o > 0 y uno virtual d_o < 0; una imagen real tiene d_i > 0 y una virtual d_i < 0. En lentes convergentes f > 0; en divergentes f < 0. | ||
| 21 | ¿Qué expresan las reglas de nudos y mallas de Kirchhoff? | En un nudo sin acumulación de carga, ΣI_in = ΣI_out por conservación de la carga. La ecuación de una malla equilibra los cambios de tensión y las fuerzas electromotrices de las fuentes, de acuerdo con la conservación de la energía. Si un flujo magnético variable atraviesa la malla, debe incluirse la fem inducida −dΦ_B/dt; entonces ∮E·dl no es necesariamente cero. | ||
| 22 | ¿Cuáles son la frecuencia y el período de un oscilador masa–resorte ideal sin amortiguamiento? | Para una masa m y un resorte lineal sin masa de rigidez k, ω = √(k/m), T = 2π√(m/k) y f = 1/T. El período es independiente de la amplitud dentro de este modelo lineal ideal. | ||
| 23 | ¿Cuál es la ley de Coulomb para dos cargas puntuales estacionarias en el vacío? | El módulo de la fuerza es F = k_e |q1 q2|/r², donde r es la separación y k_e = 1/(4π ε0) ≈ 8.988 × 10⁹ N·m²/C². La fuerza sigue la recta que une las cargas: signos iguales se repelen y signos opuestos se atraen. | ||
| 24 | ¿Cómo se relacionan la diferencia de potencial electrostático, el cambio de energía y el trabajo? | Para una carga q, ΔU = qΔV y el campo eléctrico realiza W_field = −qΔV. Si la energía cinética no cambia y solo realizan trabajo la fuerza eléctrica y un agente externo, W_ext = qΔV. El potencial es energía por unidad de carga: 1 V = 1 J/C. | ||
| 25 | ¿Qué es la capacitancia y cuándo es válida C = κ ε0 A/d? | La capacitancia es C = Q/V, donde Q es el módulo de la carga de cada placa y V el módulo de la diferencia de potencial; 1 F = 1 C/V. Para placas paralelas de área A separadas una distancia d, con el espacio uniformemente lleno de un dieléctrico lineal de permitividad relativa κ y efectos de borde despreciables, C = κ ε0 A/d. | ||
| 26 | ¿Qué es la dispersión óptica y por qué un prisma de vidrio ordinario separa la luz blanca? | La dispersión significa que el índice de refracción varía con la frecuencia de la luz. En el intervalo de dispersión normal del vidrio ordinario para luz visible, el violeta tiene mayor índice que el rojo y un prisma lo desvía más. Por ello los distintos colores salen en direcciones diferentes. | ||
| 27 | ¿Cuáles son las leyes de reflexión y refracción en una interfaz transparente ordinaria? | Los ángulos se miden desde la normal a la superficie. Reflexión: θ_reflected = θ_incident. Refracción: n1 sinθ1 = n2 sinθ2. Para incidencia no normal hacia un medio de mayor índice (n2 > n1), el rayo transmitido se acerca a la normal y su rapidez disminuye, pues v = c/n. | ||
| 28 | ¿Qué fuerza magnética actúa sobre una carga puntual en movimiento y realiza trabajo? | Fuerza vectorial: F_B = q(v × B); módulo: |F_B| = |q|vB sinθ. La regla de la mano derecha da v × B, y el sentido se invierte si q es negativa. Como F_B·v = 0, la fuerza magnética por sí sola no realiza trabajo sobre la carga ni cambia su energía cinética. | ||
| 29 | ¿Cuál es la ley de Malus para un analizador ideal? | Para luz incidente linealmente polarizada de intensidad I0, la intensidad transmitida es I = I0 cos²θ. θ es el ángulo entre la dirección de polarización del campo eléctrico incidente y el eje de transmisión del analizador. En θ = 90°, la transmisión ideal es cero. | ||
| 30 | ¿Qué frecuencias de modos normales admite una cuerda ideal fija en ambos extremos? | Para una cuerda uniforme de longitud L, tensión T y densidad lineal de masa μ, la rapidez es v = √(T/μ) y f_n = nv/(2L), n = 1, 2, 3, …. Ambos extremos son nodos de desplazamiento. Todos los armónicos enteros están permitidos, pero la excitación determina cuáles están presentes. | ||
| 31 | ¿Qué tres fórmulas equivalentes dan la potencia disipada en una resistencia óhmica? | P = IV = I²R = V²/R, donde V es la caída de tensión en la resistencia R e I la corriente. Son relaciones instantáneas; en corriente continua estacionaria dan una potencia constante. La potencia se mide en vatios (W). | ||
| 32 | ¿Cómo permite la ley de Ampère calcular el campo exterior de un cable recto idealmente largo? | Para corrientes estacionarias en el vacío, ∮B·dl = μ0 I_enclosed. La simetría cilíndrica da B = μ0 I/(2πr) fuera del cable, donde r se mide desde su eje e I es la magnitud de la corriente; el sentido sigue la regla de la mano derecha. μ0 ≈ 4π × 10⁻⁷ T·m/A es un valor aproximado, no exacto en el SI revisado. |